発表者
南川　義久（鈴木・草部研）
指導教官
草部　浩一
Title
Effect of Band Structure on Quantum Interference in Multiwall Carbon Nanotubes
Abstract
Many studies have been done on the field-effect transistor using the carbon nanotube (CNT-FET) which is expected to be a new device beyond the silicon-based transistor. However, there remain several problems to be solved in order to realize high performance CNT-FET superior to existing devices. So far, gate-bias dependence of the conductance was determined in many CNT-FETs, in which no clear evidences of characteristics directly related to the band structure of the tube.
In this article, FET made of a multi-walled nanotube (MWNT) was created and observation of magnetoconductance was done by applying both the gate bias and the magnetic field perpendicular to the nanotube. The authors assumed that most of the electric current flowed in the outermost nanotube shell of MWNT as usual in MWNT junctions and that the shell was a single-walled nanotube (SWNT). Due to the large gate bias (UG), the Fermi level was shifted by about 200 meV from the charge neutrality point. They observed some special U*s, at which magnetic field dependence of the conductance was suppressed. They found that U*s were identical to van-Hove-singularity points in the calculated density of states of an assumed SWNT with the same diameter as the MWNT. If positions of the van-Hove singularity are assigned, we can determine the structure of the tube or equivalently the chirality of the tube. Thus, determination of the structure of the tube in FET is expected to be possible, which is hardly realized by conventional conductance measurements.
概要
カーボンナノチューブを用いた電界効果トランジスタ（CNT-FET）は、ポストシリコントランジスタとして期待さ れ、種々研究されている。しかし今現在あるトランジスタを越える性能を持ち、実用化にいたるまでの課題は多い。CNT-FETに関して今までなされてきた多くの研究は、伝導度のゲート電圧依存性等の測定であり、直接バンド構造との関係を示す結果は得られていない。
今回紹介する論文では、多層カーボンナノチューブ（MWNT）を使ったFETを使用し、ゲート電圧に加えMWNTに垂直 な磁場もかけて、Magnetoconductanceの測定を行っている。MWNTを使用してはいるが、論文中では電流が流れるのは最外層だけだと仮定し、この接合は単層カーボンナノチューブ（SWNT）を使用した場合と同じと見ている。1 eV程度という大きなゲート電圧（UG）によって、フェルミレベルはcharge neutrality pointから200 meV程度も大きくずれている。特定のゲート電圧（U*s）下では、測定されたMagnetoconductanceの磁場依存性が見えなくなっている。このゲート電圧UGと、計算された、MWNTの同じ直径のSWNTのvan Hove特異点が一致したカーボンナノチューブは性質上、van Hove特異点が決定できれば、その立体構造やカイラリティが特定できる。 したがって、これまでは難しかった、伝導度測定によるチューブのカイラリティの決定ということが可能になると期待される。
Reference
Phys. Rev. Lett 94 186802